改革開放40年來，中國的經濟發(fā)展取得了巨大成就，擁有了世界第二大經濟體的地位。相比其他行業(yè)，通信行業(yè)在近20年的發(fā)展中取得的成績有目共睹。光模塊是光通信中最為基礎也最為重要的核心器件之一，在中國通信行業(yè)飛速發(fā)展的20年中，幾次大的發(fā)展機遇也促成了中國光模塊產業(yè)從無到有、迅速壯大。

多次機遇促進光模塊發(fā)展

第一次機遇出現在2001年左右，中國電信拆分形成了多家運營商共存的局面。為了在競爭中處于有利地位，大家紛紛開始在骨干層面進行基于10Gbit/s速率的DWDM密集波分復用系統的建設。雖然當時光模塊仍以國外產品為主，但國內已經有不少光模塊的企業(yè)在進行低速率模塊的生產。

第二次機遇出現在2007年左右，3G移動通信的快速發(fā)展使得人們之間的通信不只局限于語音和短信，移動互聯網的接入帶來了流量的迫切需求。運營商在骨干層面需要將原來的10Gbit/s DWDM系統升級為40Gbit/s DWDM/OTN系統，這也對較高速率的光模塊產生了巨大需求。

第三次機遇從2012年開始，數據中心興起、大規(guī)模4G網絡建設，移動回傳網絡開始從3G網絡采用的TDM時分復用技術向基于分組技術的PTN/IPRAN網絡轉變。業(yè)務類型在3G的基礎之上增加了視頻業(yè)務這個流量殺手，從而迫使骨干網速率從40Gbit/s邁向100Gbit/s，隨之產生更高速率光模塊的需求。

現在業(yè)界正位于第四次機遇的起點，5G網絡、超高速率互連的數據中心、通信云等層出不窮，光模塊領域又迎來了新的春天。

預計到2023年，光模塊市場將超過120億美元

知名咨詢機構LightCounting于2018年10月發(fā)布了近年來光模塊整體市場規(guī)模的統計和預測。從圖1可以看到，到2023年，光模塊市場整體規(guī)模將達到120億美元以上，相比2018年的60億美元翻了一倍。從測算數據可以看出，5G（無線接入）和數據中心（以太網）這兩大重點應用會推動光模塊市場迎來更大規(guī)模的發(fā)展。

圖1 ?近年來及未來幾年光模塊市場整體規(guī)?，F狀及預測

另一家知名預測機構Ovum對數據中心的100Gbit/s與更高速率的光收發(fā)模塊市場也給出了最新的預測結果，如圖2所示。從圖2可以看出，到2023年，數據中心光模塊將以100GbE和400GbE為主，附帶少量的200GbE需求，總體市場規(guī)模將達到48億美元左右。

圖2 ?Ovum數據中心光模塊市場銷售預測

光模塊技術發(fā)展現狀

光模塊在通信行業(yè)觸及到各個層面，下面從幾個主流的應用場景描述一下當前光模塊的技術發(fā)展現狀。

·數據中心

基于單通道25Gbit/s NRZ速率的25GbE AOC、100GbE光模塊仍占據主要市場份額，2km傳輸距離的CWDM4依然是100GbE模塊中最重要的組成部分。

單通道50Gbit/s PAM4速率的解決方案已逐步開始市場應用，比如50GbE PAM4、2x200GbE FR4、400GbE FR8和LR8等。

基于單通道100Gbit/s PAM4速率的解決方案也有多種，比如100GbE PAM4、400GbE DR4、FR4和LR4等，但目前主要受限于交換芯片發(fā)布時間與光器件的技術成熟度，還處于小批量樣品階段。

·無線接入網

無線接入網對于光模塊質量和性能的要求與數據中心的需求存在較大差異。由于較多基站要部署在惡劣的環(huán)境下，其對光模塊能夠正常工作的溫度范圍要求就很高，比如要達到工溫（-40℃~+85℃）的指標，這勢必會造成光模塊成本增加。

對于4G網絡，國內三大運營商在前傳層面主要以光纖直驅為主，在部分光纖資源緊張的區(qū)域，這兩年少量CWDM系統的建設產生了10Gbit/s CWDM模塊的需求。CWDM系統之所以沒有規(guī)模應用，主要還是因為維護管理體制和故障定位較難等方面的問題。

對于5G網絡，筆者從前傳、中傳、回傳各個層面分析。

前傳：10Gbit/s前傳光模塊可用于5G基站建設的初期，業(yè)界目前還是傾向于采用25Gbit/s速率的前傳模塊。25Gbit/s BiDi單纖雙向光模塊在國內產業(yè)鏈已基本做好準備，目前業(yè)界正在推動25Gbit/s Tunable波長可調諧光模塊國際和國內標準的制定，產品仍處于前期的研發(fā)階段。對于采用DRAN部署模式的，也可以采用基于FP/DFB激光器的傳輸距離在300m以內的25Gbit/s光模塊。經了解，海外市場對25Gbit/s CWDM、100Gbit/s 4WDM模塊有一定需求。

中傳（接入段）：基于收斂功能的前提下，5G初期接入段可采用10Gbit/s或25Gbit/s速率的光模塊，比如采用10G SR（300m、VCSEL激光器、MMF）、10Gbit/s或25Gbit/s LR（10km、DFB激光器、SMF）等。

回傳（核心匯聚層）：5G初期核心匯聚層可采用100Gbit/s速率的光模塊，比如采用100Gbit/s SR4（100m、VCSEL激光器、MMF-MPO）、100Gbit/s PSM4（500m、DFB激光器、SMF-MPO）或100Gbit/s CWDM4（2km、DFB激光器、SMF-LC）等。在城域層面，根據需要傳輸的距離不同，可采用100Gbit/s ER4、100Gbit/s PAM4或基于相干技術的100Gbit/s光模塊。

·固定接入網

目前國內市場需求集中在10Gbit/s PON OLT/ONU，以及combo PON OLT側的升級，1577nm 10Gbit/s EML激光器迎來市場需求的爆發(fā)點，降成本壓力巨大。另外中國聯通牽頭的基于G.metro技術國際標準的發(fā)布（ITU-T G.698.4），也推動了國內WDM-PON技術在5G前傳應用的研究，以及相關產品的開發(fā)。

困難猶存，需產業(yè)鏈攜手解決

中興事件讓業(yè)界清楚認識到我們在芯片、模塊領域存在的短板，但我們并不能因此而放棄自主研發(fā)。在近20年的發(fā)展中，我國在光模塊領域取得了很多成績，但在發(fā)展過程中依然會存在一些問題。下面依然從數據中心、無線接入網和固定接入網3個方面分別描述。

·數據中心

隨著通道速率從25Gbit/s向50Gbit/s、100Gbit/s演進，高帶寬的激光器芯片實現越來越困難，多模VCSEL激光器與單模DFB激光器預期只能滿足每通道50Gbit/s速率應用。在單通道100Gbit/s速率上，支持50Gbit/s（符號率）的EML激光器與硅光子技術將成為優(yōu)選。當前因為硅光調制器的自身插損以及調制器與激光器、輸出光纖的耦合損耗比較大，所以硅光子技術方案還局限于500m的短距傳輸。

·無線接入網

從5G前傳光模塊對成本、功耗與寬溫工作的要求看，25Gbit/s工業(yè)級DFB激光器應該是最佳的器件選擇，但是全球范圍內，掌握此核心激光器量產能力的廠家屈指可數。為改善供應鏈，國內設備/器件廠家充分利用10Gbit/s激光器產業(yè)鏈，在電域上通過超頻、PAM4高階調制等驅動技術實現了300m~15km傳輸。

在光纖資源缺乏的前傳場景中，WDM-PON是有益補充，但是對無色光模塊的低成本要求，和其技術實現的高難度之間，就存在較大矛盾。低成本波長可調激光器（DBR方案）或者恒定功率波長可調激光器+外調制器的集成方案可能是近期的實現路徑。

·固定接入網

在中國PON產業(yè)界聯合建議下，ITU-TQ2組通過了50G PON標準立項。但最大挑戰(zhàn)還在于物理層要兼容現有ODN網絡，即支持29dB以上的鏈路光功率預算。目前國內的設備和器件廠家正在評估PAM4等信號調制技術、APD探測技術以及SOA集成器件對鏈路預算的改善。

未來1~2年，光模塊發(fā)展趨勢預測

技術上，光收發(fā)模塊在向著高通道速率、大帶寬密度、低成本功耗與小尺寸集成化的趨勢發(fā)展。對于2019年光模塊的應用進展，筆者可做如下預判。

·數據中心

100GbE光模塊市場仍是主流；同時，200GbE和400GbE光模塊上量較快。在技術上，單通道100Gbit/s技術方案將更加細化，產業(yè)鏈上游逐步成熟，預計在2020年會迎來一定的市場機會。

·無線接入網

前傳采用的25Gbit/s灰光光模塊，雙纖雙向模塊預計會規(guī)模上量；單纖雙向模塊產品將會定型，預計2019年下半年開始部署。10Gbit/s可調光模塊的國內產業(yè)鏈進一步改善，25Gbit/s彩光或25Gbit/s可調光模塊會于2019年下半年少量試驗應用，2020年開始部署。

中傳采用的50Gbit/s PAM4光模塊會快速起量，主要應用預計會在中國移動的SPN網絡中。

回傳光模塊趨同于相干光調制解調方案，模塊速率由100Gbit/s或200Gbit/s速率向400Gbit/s速率演進。

·固定接入網

市場依然處在向10G PON切換的進程中，光模塊發(fā)貨數量下降，但銷售額略有上升，整體預計會處于平穩(wěn)期。

總結

根據業(yè)內統計，2011年中國光模塊市場收入僅約為9.50億美元，在全球光模塊市場中的占比約為31.15%；2015年中國光模塊市場收入己經發(fā)展至16.20億美元，在全球光模塊市場上的占比也上升至35.06%。預計到2020年，國內光模塊市場收入將會達到26.80億美元，在全球光模塊市場上的占比也將上升至37.75%。

我國光模塊產業(yè)從最初提供低速的低端產品，現已在中國重視投資技術研發(fā)和堅持自主創(chuàng)新的努力下，逐步成為光通信全球最大市場。隨著5G的到來，中國光模塊市場必將迎來更加美好的明天。